(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却ドラムの周面に沿う部分に外層水路を設け、該外層水路の内側に内層水路を設け、該外層水路及び内層水路に冷却水を供給しながら薄帯鋳片を鋳造する方法において、前記内層水路から排出される冷却水の温度を測定し、該測定温度に応じて該内層水路に供給する冷却水の温度を制御することを特徴とする薄帯鋳片のクラウン制御方法。
【請求項２】
冷却ドラムの周面に沿う部分に外層水路を設け、該外層水路の内側に内層水路を設け、該外層水路及び内層水路に冷却水を供給しながら薄帯鋳片を鋳造する方法において、前記冷却ドラムから送り出される薄帯鋳片の板幅方向のプロフィールを測定し、該測定プロフィールに応じて前記内層水路に供給する冷却水の温度を制御することを特徴とする薄帯鋳片のクラウン制御方法。
【請求項３】
冷却ドラムの周面に沿う部分に外層水路を設け、該外層水路の内側に内層水路を設け、該外層水路及び内層水路に冷却水を供給しながら薄帯鋳片を鋳造する方法において、前記内層水路から排出される冷却水の温度及び前記冷却ドラムから送り出される薄帯鋳片の板幅方向のプロフィールを測定し、前記冷却水の温度及びプロフィールに応じて内層水路に供給する冷却水の温度を制御することを特徴とする薄帯鋳片のクラウン制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却ドラムを用いて薄帯鋳片を連続鋳造する方法において、冷却ドラムの熱膨張による鋳片クラウンの変化を低減する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷却ドラムを用いて薄帯鋳片を連続鋳造する装置として、図４に示す双ドラム式連続鋳造装置が知られている。図において、矢印の方向に回転する一対の冷却ドラム１、１の両端面に、一対のサイド堰２、２を押し付けて湯溜まり部３を形成し、湯溜まり部３に溶鋼Ｒを供給し、冷却ドラム１、１の外周面で冷却して一対の凝固シェルを生成し、凝固シェルをドラム最近接点で圧着して薄帯鋳片Ｃとする。
【０００３】
ドラム最近接点近傍における薄帯鋳片Cの両端部は、断熱性の大きいサイド堰２、２と接近しているため、中央部に比べて冷却が比較的弱く、凝固シェル厚が薄い。そのため、ドラム最近接点において鋳片を成形するためには、一対の凝固シェルの両端部をしっかりと圧着する必要がある。そのため、図５に示すように、薄帯鋳片Ｃの断面形状は適正な凸クラウン（以下、鋳片クラウンと呼ぶ）を持つことが必要であり、そのため、冷却ドラム１には鋳片クラウンに対応した凹クラウン（以下、ドラムクラウンと呼ぶ）が付けられている。
【０００４】
しかしながら、ドラムクラウンは鋳造の経過に伴って加熱されて熱膨張することにより小さくなる。その結果、鋳片クラウンも小さくなり、そのため、ドラム最近接点において一対の凝固シェルの両端部をしっかりと圧着することが困難となって鋳片端部の欠損等が発生する。一方、鋳片クラウンが大き過ぎると、鋳片の厚み不良が発生する他に、ドラム最近接点において凝固シェルに不均一な圧下力が加わる結果、鋳片に表面割れが発生する。
【０００５】
そこで、ドラムクラウンを一定に制御する方法として、冷却ドラムから送り出される鋳片のクラウンに応じて、冷却ドラムに供給する冷却水の供給量を制御する方法が、例えば特開平２−３０７６５２号公報により知られている。また、冷却ドラムの周面温度に応じて、冷却ドラムに供給する冷却水の温度を制御する方法が、例えば特開昭５８−２３５４６号公報により知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ドラムクラウンは後述するように、主にドラム胴体の温度変化により変化するものであるにも関わらず、従来方法は図６に示すドラム胴体１ｂの温度制御は行っておらず、外層水路１ａに供給する冷却水の量や温度の制御を行っている。しかも、ドラム胴体１ｂは、強度を確保する必要からステンレス鋼等の熱伝導性の悪い材料で作られており、また、外層水路１ａから離れているため、外層水路１ａに供給する冷却水の量や温度を制御したのでは、ドラムクラウンの制御応答性が悪く、そのため、適正なクラウンを持った鋳片を製造することができなかった。
【０００７】
本発明は、ドラムクラウンの制御応答性を高めることにより、適正なクラウンを持つ薄帯鋳片を製造することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の冷却ドラムに設けられている外層水路に加えて、該外層水路の内側に内層水路を追加して設け、外層水路は一定厚みのシェル生成用とし、内層水路はクラウン制御用とすることにより、ドラムクラウンの制御応答性を飛躍的に向上させたものである。
【０００９】
前記課題を解決する本発明の薄帯鋳片のクラウン制御方法は、
（１）冷却ドラムの周面に沿う部分に外層水路を設け、該外層水路の内側に内層水路を設け、該外層水路及び内層水路に冷却水を供給しながら薄帯鋳片を鋳造する方法において、前記内層水路から排出される冷却水の温度を測定し、該測定温度に応じて該内層水路に供給する冷却水の温度を制御することを特徴とする薄帯鋳片のクラウン制御方法、である。
【００１０】
また、別の方法は、
（２）冷却ドラムの周面に沿う部分に外層水路を設け、該外層水路の内側に内層水路を設け、該外層水路及び内層水路に冷却水を供給しながら薄帯鋳片を鋳造する方法において、前記冷却ドラムから送り出される薄帯鋳片の板幅方向のプロフィールを測定し、該測定プロフィールに応じて前記内層水路に供給する冷却水の温度を制御することを特徴とする薄帯鋳片のクラウン制御方法、である。
【００１１】
さらに、別の方法は、
（３）冷却ドラムの周面に沿う部分に外層水路を設け、該外層水路の内側に内層水路を設け、該外層水路及び内層水路に冷却水を供給しながら薄帯鋳片を鋳造する方法において、前記内層水路から排出される冷却水の温度及び前記冷却ドラムから送り出される薄帯鋳片の板幅方向のプロフィールを測定し、前記冷却水の温度及びプロフィールに応じて内層水路に供給する冷却水の温度を制御することを特徴とする薄帯鋳片のクラウン制御方法、である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る薄帯鋳片のクラウン制御方法の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明で使用する冷却ドラム４の上半分の断面図、図２は図１の冷却ドラムの縦断面の概要を示す。
【００１３】
図１に示すように、冷却ドラム４は、その剛性を高くするために、外側の銅又は銅合金製のドラムスリーブ５をステンレス鋼等、鋼製のドラム胴体６により内側から支持する構造となっている。ドラム周面４ａには、鋳造中において目標の鋳片クラウンが得られるドラムクラウンが付けられている。ドラム胴体６は、中空軸部７ａ，７ｂを一体成形した一対のシャフト部材８ａ，８ｂと、これらシャフト部材の間に位置してシャフト部材にボルト９で連結されると共にドラムスリーブ５の内周面に焼き嵌めされたコア部材１０とで分割成形されている。ドラムスリーブ５にはドラム軸方向に延びる外層水路１２ａ、１２ｂが冷却ドラムの周方向へ所定間隔離間して多数条設けられており（図２）、外層水路１２ａ、１２ｂを通過する冷却水は、次の二系統の冷却水系をたどるようになっている。
【００１４】
その一つは、一方の中空軸部７ａから流入した冷却水は、一方のシャフト部材８ａ寄りのコア部材１０に形成された通水路１１ａからドラムスリーブ５に設けられた外層水路１２ａに導かれ、ここでドラムスリーブ５に蓄熱された熱を奪った後、他方のシャフト部材８ｂ寄りのコア部材１０に形成された通水路１３ａ及び冷却水ジャケット１４ａを通って他方のシャフト部材８ｂの中空軸部７ｂから冷却ドラム外部に排出される。
【００１５】
もう一つは、一方の中空軸部７ａから流入した冷却水は、他方のシャフト部材８ｂ寄りのコア部材１０に形成された通水路１１ｂからドラムスリーブ５に設けられた外層水路１２ｂに導かれ、ここでドラムスリーブ５に蓄熱された熱を奪った後、一方のシャフト部材８ａ寄りのコア部材１０に形成した通水路１３ｂ及び冷却水ジャケット１４ｂを通り、更には冷却水配管１５を通って他方のシャフト部材８ｂ寄りの冷却水ジャケット１４ａに至り、ここから他方のシャフト部材８ｂの中空軸部７ｂを通って冷却ドラム外部に排出される。
【００１６】
コア部材１０の内部には、ドラムスリーブ５との接合面に沿ってドラム軸心方向に延びる内層水路１６が冷却ドラム１の円周方向へ所定間隔離間して多数条設けられている（図２）。内層水路１６を通過する冷却水は、供給配管１８ａから供給パイプ１９ａを通って冷却水ジャケット１７ｂに導かれ、コア部材１０の内面を冷却した後、内層水路１６に導かれ、ここでコア部材１０に蓄熱された熱を奪った後、冷却水ジャケット１７ａに導かれ、コア部材１０の内面を冷却した後、戻りパイプ１９ｂ、戻り配管１８ｂを通って冷却ドラム外部に排出される。
【００１７】
図２のように、外層水路１２ａ、１２ｂ及び内層水路１６は、冷却ドラム１の円周方向を１周して並べて設けられており、外層水路１２ａと１２ｂは交互に配置されることで、冷却水の流れを対向流とすることにより冷却ドラムの軸方向における温度の均一化をはかっている。
【００１８】
このように構成された冷却ドラムによれば、コア部材１０の内周面及び外周面が、内層水路１６及び冷却水ジャケット１７ａ，１７ｂを通過する冷却水により直接に冷却されるため、冷却ドラムのクラウンを十分に制御することができ、これにより、適正なクラウンを持つ薄帯鋳片を長時間にわたり安定的に製造することができる。
【００１９】
図３は、図１及び図２に示した冷却ドラムを用いて鋳片のクラウン制御を行う装置の概要を示す図であり、図３において、冷却ドラム４のシャフト部材８ａ，８ｂには、図１に示した内層水路１６及び外層水路１２ａ，１２ｂを通過する冷却水の循環経路２０ａ、２０ｂが接続して設けられており、各循環経路２０ａ、２０ｂには、クーラーと電熱ヒーターを用いた水温調整装置２１ａ，２１ｂが接続して設けられている。
【００２０】
水温調整装置２１ａ、２１ｂの入側には水温計２２ａ、２２ｃが， 出側には水温計２２ｂ、２２ｄが設けられており、水温計２２ａ〜２２ｄにより測定した冷却水の温度信号は水温制御装置２４ａ，２４ｂに取り込まれる。冷却ドラム４の下方には鋳片板幅方向のプロフィールを測定する厚み計（図示略）が設けられており、厚み計２３により測定した鋳片の厚み信号は水温制御装置２４ａに取り込まれる。
【００２１】
次に、本装置を用いた請求項１に沿う鋳片のクラウン制御方法を図１〜図３を用いて説明する。鋳造開始前は、内層水路１６の出側水温とコア部材１０の温度はほぼ同一で平衡状態となっているが、鋳造開始とともに溶鋼が水冷されたドラムスリーブ５によって抜熱されてシェルが生成する。溶鋼からドラムスリーブ５に移行した熱は、100%外層水路１２ａ，１２ｂを流れる冷却水に移行してドラム外へ排出されることはなく、ある割合分はドラムスリーブ５に残留し、さらにコア部材１０に移行する。その結果、鋳造の経過とともにコア部材１０の温度が徐々に上昇し、内層水路１６の出側水温が上昇する。この状態を継続していくと、内層水路１６の入側および出側の水温が上昇し、その結果、コア部材１０が温度上昇して熱変形し、ドラムクラウンが変化して鋳片クラウンの変化につながる。
【００２２】
鋳片クラウンの変化を防止するためには、コア部材１０の温度をほぼ一定に保つ必要があるが、コア部材１０の温度は内層水路１６の出側水温で近似されるため、出側水温を一定に保つように制御する。すなわち、図３に示す水温制御装置２４ａは水温計２２ａ，２２ｂの検出値を取り込んで、その値を元に水温調整装置２１ａに内層水路１６の出側の目標水温を指令し、内層水路１６の出側水温が目標水温になるように制御する。
【００２３】
一方、ドラムスリーブ５は、一定厚みのシェルを生成させる役割を持つため、温度を変動させることは好ましくない。また、ドラムスリーブ５は熱伝導の高い材料で作られており受熱面から近いので、鋳造を開始して短時間で熱膨張を終了し、その後の変動は小さい。したがって、外層水路１２ａ，１２ｂに供給する冷却水は、温度制御を行うことは好ましくなく、鋳造中一定温度を保つような制御を行う。
【００２４】
すなわち、外層水路１２ａ，１２ｂへの冷却水の制御は、水温制御装置２４ｂで水温計２２ｃ，２２ｄにより測定した水温と所定厚みの凝固シェルを得るための水温を比較し、その差及び水温計２２ｃと２２ｄの水温差に応じた信号により、水温調整装置２１ｂを制御することで、ドラムスリーブ５の温度が鋳造中一定温度を保つように制御を行う。請求項１の制御方法は、ドラムクラウンへの影響が大きい内層水路の水温を制御系に取り込むため、ドラムクラウンの制御応答性は優れているが、制御目的である鋳片クラウンを制御系に取り込まないため、制御精度は完全とは云えない。
【００２５】
本発明の請求項２に沿う鋳片クラウンの制御方法は以下の通りである。図３に示す水温制御装置は２４ａは厚み計２３により測定した鋳片板幅方向のプロフィールの信号から鋳片クラウンを演算し、演算したクラウンと予め設定された目標クラウンを比較し、演算クラウンが目標クラウンより小さい場合は、冷却水の温度を下げる信号を出力し、演算クラウンが目標クラウンより大きい場合は、冷却水の温度を上げる信号を出力し、水温調整装置２１ａを制御する。
【００２６】
水温制御装置２４ａは、引き続いて厚み計２３の信号を入力して目標クラウンと比較し、演算クラウンが目標クラウンに達したとき、水温調整装置２１ａの制御を止める。一方、外層水路１２ａ，１２ｂへの冷却水の制御は、請求項１の場合と同様である。請求項２の制御方法は、制御目的である鋳片クラウンを制御系に取り込むため、制御精度は請求項１の方法よりも向上するが、ドラムクラウンへの影響が大きい内層水路の水温を制御系に取り込まないため、水温変化と鋳片クラウン変化との間で時間的な遅れが生じ易いため制御の応答性が完全とは云えない。
【００２７】
本発明の請求項３に沿う鋳片クラウンの制御方法は、ドラムクラウンの制御精度と制御応答性を両立させた方法であり、前記請求項１に沿う方法と前記請求項２に沿う方法の双方を実施するものである。
【００２８】
以上の説明では冷却ドラム４として、ステンレス鋼製のコア部材に銅合金製のドラムスリーブを嵌合した例としたが、冷却ドラム４は、ドラム周面に沿う外層水路と外層水路の内側に内層水路を設けたものであれば、ドラムの構造及び素材は、図１のものに限定されない。
【００２９】
【実施例】
本発明例と比較例により鋳造した鋳片について、クラウンが目標値±５μｍの範囲にある割合を調査した。比較例は図６に示した冷却ドラムを用い、冷却ドラムから送り出される鋳片のクラウンに応じてドラムスリーブ１ｂに設けた冷却水路１ａへの冷却水の温度を制御した。本発明例１は請求項１に沿う例であり、図１に示した冷却ドラム４を用い、内層水路１６から排出される冷却水の温度に応じて該内層水路に供給する冷却水の温度を制御した。
【００３０】
本発明例２は請求項２に沿う例であり、図１に示した冷却ドラム４を用い、該冷却ドラムから送り出される薄帯鋳片の板幅方向のプロフィールに応じて内層水路１６に供給する冷却水の温度を制御した。
【００３１】
本発明例３は請求項３に沿う例であり、図１に示した冷却ドラム４を用い、内層水路１６から排出される冷却水の温度に応じて内層水路に供給する冷却水の温度を制御した後、冷却ドラムから送り出される薄帯鋳片の板幅方向のプロフィールに応じて内層水路に供給する冷却水の温度を制御した。その結果、鋳片クラウンが目標値±５μｍの範囲にある割合は、比較例では５０％、本発明例１では８７％、本発明例２では９５％，本発明例３では１００％であった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、冷却ドラムの周面に沿う部分に外層水路を設け、該外層水路の内側に内層水路を設け、該外層水路及び内層水路に冷却水を供給しながら薄帯鋳片を鋳造する方法において、
（１）請求項１に沿う方法によれば、内層水路に供給する冷却水の温度を、内層水路から排出される冷却水の温度に応じて制御するものであるから、冷却ドラムの熱膨張による鋳片クラウンの制御を応答性よく行うことができる。
（２）請求項２に沿う方法によれば、内層水路に供給する冷却水の温度を、冷却ドラムから送り出される薄帯鋳片のクラウンに応じて制御するものであるから、冷却ドラムの熱膨張による鋳片クラウンの制御を精度よく行うことができる。
（３）請求項３に沿う方法によれば、内層水路に供給する冷却水の温度を、冷却ドラムから送り出される薄帯鋳片のクラウンと内層水路から排出される冷却水の温度に応じて制御するものであるから、冷却ドラムの熱膨張による鋳片クラウンの制御を応答性及び精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための冷却ドラムの上半分の断面図。
【図２】図１に示した冷却ドラムの縦断面図。
【図３】本発明によるクラウン調整装置の実施例を示す概略構成図。
【図４】双ドラム式連続鋳造装置の斜視図。
【図５】冷却ドラム及び鋳片のクラウンを示す図。
【図６】従来のドラムクラウン制御のための冷却ドラムの上半分の断面図。
【符号の説明】
１…冷却ドラム（従来）
１ａ…外層水路
１ｂ…ドラムスリーブ
１ｃ…ドラム胴体
２…サイド堰
３…湯溜まり部
4…冷却ドラム（本発明）
４a…ドラム周面
5…ドラムスリーブ
6…ドラム胴体
7a,7b…中空軸部
8a,8b…シャフト部材（軸部）
9…ボルト、
10…コア部材
11a,11b…通水路
12a,12b…外層水路
13a,13bb…通水路
14a,14b…水冷水ジャケット
15…冷却水配管
16…内層水路
17a,17b…水冷水ジャケット
18a…供給配管
18b…戻り配管
19a…供給パイプ
19b…戻りパイプ
20a,20b…冷却水循環経路
21a,21b…水温調整装置
22a〜22d…水温計
23a,13b…厚み計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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